СТЕХИОМЕТРИЧНИ ИЗЧИСЛЕНИЯ: РЕШЕНИ ЕТАПИ И УПРАЖНЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На стехиометрични изчисления са тези, които са направени на базата на масовите съотношения на елементи или съединения, участващи в химична реакция.

Първата стъпка за тяхното изпълнение е да се балансира химическата реакция, която представлява интерес. По същия начин трябва да бъдат известни правилните формули на съединенията, участващи в химическия процес.

Източник: Pixabay

Стехиометричните изчисления се основават на прилагането на набор от закони, сред които са следните: Законът за запазване на масата; законът на определени пропорции или на постоянен състав; и накрая, законът на множество пропорции.

Законът за запазване на масата гласи, че при химическа реакция сборът от масата на реагентите е равен на сумата от масите на продуктите. При химическа реакция общата маса остава постоянна.

Законът за определени пропорции или постоянен състав гласи, че различните проби от всяко чисто съединение имат едни и същи елементи в еднакви масови пропорции. Например, чистата вода е една и съща, независимо от източника й или от кой континент (или планета) идва.

И третият закон, този на множество пропорции, показва, че когато два елемента А и В образуват повече от едно съединение, съотношението на масата на елемент В, което се комбинира с дадена маса на елемент А, във всяко от съединенията, може да се изрази като малки и малки числа. Тоест, за A _n B _m n и m са цели числа.

Какво представляват стехиометричните изчисления и техните етапи?

Те са изчисления, предназначени да разрешат различните въпроси, които могат да възникнат при изучаване на химическа реакция. За това трябва да имате познания за химичните процеси и законите, които ги управляват.

С използването на стехиометрично изчисление е възможно да се получи например от масата на един реагент, неизвестната маса на друг реагент. Можете също да знаете процентния състав на химичните елементи, присъстващи в съединението, и от него да получите емпиричната формула на съединението.

Следователно познаването на емпиричната или минималната формула на съединението позволява установяването на неговата молекулярна формула.

В допълнение, стехиометричното изчисление позволява да се знае в химическа реакция, която е ограничаващият реагент или дали има излишък на реагент, както и неговата маса.

Етапи

Етапите ще зависят от вида на поставения проблем, както и от неговата сложност.

Две често срещани ситуации са:

-Двата елемента реагират, за да създадат съединение и е известна само масата на един от реагиращите елементи.

-Искаме да знаем неизвестната маса на втория елемент, както и масата на съединението, получено в резултат на реакцията.

Като цяло при решаването на тези упражнения трябва да се следва следния ред етапи:

-Поставете уравнението на химическата реакция.

-Балансирайте уравнението.

-Третият етап е чрез използването на атомните тегла на елементите и стехиометричните коефициенти да се получи пропорцията на масите на реагиращите елементи.

-Тогава, като се използва законът на определени пропорции, след като масата на реагиращия елемент е известна и пропорцията, с която той реагира с втория елемент, знаейки масата на втория елемент.

- И на петия и последния етап, ако масите на елементите на реагента са известни, тяхната сума ни позволява да изчислим масата на съединението, получено в реакцията. В този случай тази информация се получава въз основа на закона за запазване на масата.

Решени упражнения

-Упражнение 1

Какъв е останалият реагент, когато 15 g Mg реагира с 15 g S, за да се образува MgS? И колко грама MgS ще се получат в реакцията?

Данни:

- Маса на Mg и S = ​​15 g

-Атомично тегло на Mg = 24,3 g / mol.

-Атомично тегло на S = 32,06 g / mol.

Стъпка 1: уравнение на реакцията

Mg + S => MgS (вече балансиран)

Стъпка 2: Установете съотношението, в което Mg и S се комбинират за получаване на MgS

За простота атомното тегло на Mg може да бъде закръглено до 24 g / mol, а атомното тегло от S до 32 g / mol. Така че съотношението, в което се комбинират S и Mg, ще бъде 32:24, разделяйки двата термина на 8, съотношението намалява на 4: 3.

Реципрочно, съотношението, в което Mg се комбинира със S, е равно на 3: 4 (Mg / S)

Стъпка 3: обсъждане и изчисляване на излишния реагент и неговата маса

Масата на Mg и S е 15 g и за двете, но съотношението, в което Mg и S реагират, е 3: 4, а не 1: 1. Тогава може да се заключи, че излишъкът реагент е Mg, тъй като се намира в по-ниска пропорция по отношение на S.

Това заключение може да бъде тествано чрез изчисляване на масата на Mg, реагираща с 15 g S.

g Mg = 15 g Sx (3 g Mg) / mol) / (4 g S / mol)

11,25 g Mg

Маса на излишък Mg = 15 g - 11.25 g

3,75 g.

Стъпка 4: Маса на MgS, образувана в реакцията, базирана на закона за запазване на масата

Маса на MgS = маса на Mg + маса на S

11,25 g + 15 g.

26, 25 g

Упражнение за образователни цели може да се извърши, както следва:

Изчислете грамовете S, които реагират с 15 g Mg, използвайки в този случай съотношение 4: 3.

g от S = 15 g Mg x (4 g S / mol) / (3 g Mg / mol)

20 g

Ако ситуацията беше тази, представена в случая, можеше да се види, че 15 g S не биха били достатъчни, за да реагират напълно с 15 g Mg, като липсват 5 g. Това потвърждава, че излишъкът на реагент е Mg и S е ограничаващият реагент при образуването на MgS, когато и двата реактивни елемента имат еднаква маса.

-Упражнение 2

Изчислява се масата на натриев хлорид (NaCl) и примеси в 52 g NaCl с процент на чистота 97,5%.

Данни:

-Самообразна маса: 52 g NaCl

-Чист процент = 97,5%.

Стъпка 1: изчислете чистата маса на NaCl

Маса на NaCl = 52 gx 97,5% / 100%

50,7 g

Стъпка 2: изчисляване на масата на примесите

% примеси = 100% - 97,5%

2.5%

Маса на примеси = 52 gx 2,5% / 100%

1,3 g

Следователно, от 52 g сол 50,7 g са чисти NaCl кристали и 1,3 g примеси (като други йони или органични вещества).

-Упражнение 3

Каква маса на кислород (O) има в 40 g азотна киселина (HNO ₃), знаейки, че молекулното му тегло е 63 g / mol, а атомното тегло на O е 16 g / mol?

Данни:

-Маса на HNO ₃ = 40 g

-Атомично тегло на O = 16 g / mol.

-Молекулно тегло на HNO ₃

Стъпка 1: Изчислете броя на бенките на HNO

Бенки HNO ₃ = 40 г HNO ₃ х 1 мол HNO ₃ / 63грам на HNO ₃

0,635 бенки

Стъпка 2: изчислете броя на бенките на O присъстващи

Формулата за HNO ₃ показва, че има 3 мола O за всеки мол HNO _3.

Молове на О = 0,635 мола HNO ₃ X 3 моли на О / мол на HNO ₃

1.905 бенки от O

Стъпка 3: изчислете масата на О, присъстваща в 40 g HNO

g О = 1.905 мола от O x 16 g О / мол на О

30,48 g

С други думи, от 40 g HNO ₃, 30.48 g се дължат изключително на теглото на бенките на кислородните атоми. Тази голяма част от кислорода е типична за оксоаниони или техните третични соли (NaNO ₃, например).

-Упражнение 4

Колко грама калиев хлорид (KCl) се получават, когато се разлагат 20 g калиев хлорат (KClO ₃)? Знаейки, че молекулното тегло на KCl е 74,6 g / mol и молекулното тегло на KClO ₃ е 122,6 g / mol

Данни:

-Маса на KClO ₃ = 20 g

-Молекулно тегло на KCl = 74,6 g / mol

-Молекулно тегло на KClO ₃ = 122,6 g / mol

Стъпка 1: уравнение на реакцията

2KClO ₃ => 2KCl + 3O ₂

Стъпка 2: изчислете масата на KClO

g KClO ₃ = 2 мола x 122,6 g / mol

245,2 g

Стъпка 3: изчислете масата на KCl

g KCl = 2 мола х 74,6 g / мол

149,2 g

Стъпка 4: изчислява се масата на KCl, получена чрез разлагане

245 г KClO ₃ са произведени от разлагане 149.2 грама на калиев хлорид. Тогава това съотношение (стехиометричен коефициент) може да се използва за намиране на масата на KCl, която се получава от 20 g KClO ₃:

g KCl = 20 g KClO ₃ x 149 g KCl / 245,2 g KClO ₃

12,17 g

Обърнете внимание как е масовото съотношение на O ₂ в рамките на KClO ₃. От 20 g KClO ₃, малко под половината се дължи на кислорода, който е част от оксоанион хлората.

-Упражнение 5

Намерете процентния състав на следните вещества: a) допа, C ₉ H ₁₁ NO ₄ и b) ванилин, C ₈ H ₈ O ₃.

а) Допа

Стъпка 1: намерете молекулното тегло на допа С

За да направите това, атомното тегло на елементите, присъстващи в съединението, първоначално се умножава по броя на бенките, представени от техните абонати. За да намерите молекулното тегло, се добавят грамовете, добавени от различните елементи.

Въглерод (С): 12 g / mol x 9 mol = 108 g

Водород (H): 1 g / mol x 11 mol = 11 g

Азот (N): 14 g / mol x 1 mol = 14 g

Кислород (0): 16 g / mol x 4 mol = 64 g

Допа молекулно тегло = (108 g + 11 g + 14 g + 64 g)

197 g

Стъпка 2: Намерете процентния състав на елементите, присъстващи в допа

За това молекулното му тегло (197 g) се приема за 100%.

% от С = 108 g / 197 g x 100%

54,82%

% H = 11 g / 197 g x 100%

5,6%

% от N = 14 g / 197 gx 100%

7,10%

% O = 64 g / 197 g

32,48%

б) Ванилин

Част 1: изчисляване на молекулното тегло на ванилин С

За да направите това, атомното тегло на всеки елемент се умножава по броя на присъстващите му бенки, като се прибавя масата, внесена от различните елементи

С: 12 g / mol x 8 mol = 96 g

Н: 1 g / mol x 8 mol = 8 g

Или: 16 g / mol x 3 mol = 48 g

Молекулно тегло = 96 g + 8 g + 48 g

152 g

Част 2: Намерете% на различните елементи във ванилин

Предполага се, че молекулното му тегло (152 g / mol) представлява 100%.

% от С = 96 g / 152 gx 100%

63,15%

% от Н = 8 g / 152 gx 100%

5,26%

% O = 48 g / 152 gx 100%

31,58%

-Упражнение 6

Масовият процент на алкохол е следният: въглерод (С) 60%, водород (Н) 13% и кислород (О) 27%. Вземете вашата минимална формула или емпирична формула.

Данни:

Атомно тегло: C 12 g / mol, H 1g / mol и кислород 16 g / mol.

Стъпка 1: изчисляване на броя на бенките на елементите, присъстващи в алкохола

Приема се, че масата на алкохола е 100 g. Следователно, масата на С е 60 g, масата на H е 13 g, а масата на кислорода е 27 g.

Изчисляване на броя на бенките:

Брой бенки = маса на елемента / атомно тегло на елемента

бенки на С = 60 g / (12 g / mol)

5 бенки

молове на Н = 13 g / (1 g / mol)

13 бенки

молове на О = 27 g / (16 g / mol)

1,69 бенки

Стъпка 2: получете минималната или емпирична формула

За целта намерете съотношението на цели числа между числата на бенките. Това служи за получаване на броя на атомите на елементите в минималната формула. За тази цел бенките на различните елементи се делят на броя на бенките на елемента в по-малка степен.

C = 5 бенки / 1,69 бенка

С = 2,96

Н = 13 бенки / 1,69 мола

Н = 7,69

O = 1,69 бенка / 1,69 бенка

O = 1

Усъвършенстването на тези фигури, минималната формула е: C ₃ H ₈ О. Тази формула съответства на тази на пропанол, СН _3, СН ₂ СН ₂ ОН. Въпреки това, тази формула е също така, че на съединението CH ₃ CH ₂ ОСН ₃, етил метил етер.

Препратки

1. Dominguez Arias MJ (sf). Изчисления в химични реакции. Възстановени от: uv.es
2. Изчисления с химични формули и уравнения., Взета от: 2.chemistry.msu.edu
3. Sparknotes. (2018). Стехиометрично изчисление. Възстановени от: sparknotes.com
4. ChemPages Netorials. (SF). Модул за стехиометрия: Обща стехиометрия. Възстановено от: chem.wisc.edu
5. Flores, J. Química (2002) Редакция Santillana.
6. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.